丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的水分散聚合物制备

以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,过硫酸铵为引发剂,自制聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散剂,在硫酸铵水溶液中采用水分散聚合法,制备了丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚水分散体.考察了分散聚合过程中体系黏度变化,引发剂用量、硫酸铵的用量、分散剂的用量对共聚物黏度、分子量、颗粒尺寸的影响,并对其结构进行了鉴定.实验发现,在30℃,AM、DMC总单体质量分数为15%,DMC与AM物质的量比为1∶9,过硫酸铵浓度范围为0.70×10^(-4)~2.8×10^(-4)mol/L,硫酸铵质量分数范围为26.51%~28.1%,分散剂PDMC质量分数范围为1.1%~1.3%条件下,可以制备出黏度低、稳定性好的丙烯酰胺/甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚水分散体.

丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵共聚水分散体的制备

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵(DMBC)为共聚单体,过硫酸铵为引发剂,自制聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散剂,在硫酸铵水溶液中采用水分散聚合法,制备了丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵共聚水分散体。考察了反应温度、硫酸铵浓度、单体配比、链转移剂浓度、分散剂用量、引发剂用量对共聚物黏度、相对分子质量、颗粒尺寸的影响。实验发现,制备丙烯酰胺/丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵共聚水分散体较优配方为:温度65℃,硫酸铵质量分数为27.6%,AM、DMBC总单体质量分数为15%,DMBC∶AM(质量比)=(0.297~0.363)∶1,链转移剂用量为0.078 g/L,分散剂质量分数2.7%~3.6%,过硫酸铵质量分数范围为4.38×10^(-4)~5.84×10^(-4)mol/L。

基于线形聚丙烯酰胺聚合物溶液流变学行为的影响因素

通过溶液聚合合成了线形聚丙烯酰胺(LPA),分别在LPA水溶液中聚合N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)和N-羟乙基丙烯酰胺(HEA),合成了LPA/PDMA和LPA/PHEA准互穿聚合物网络。研究了LPA黏均分子量、剪切速率、温度等因素对上述准互穿聚合物网络流变学的影响。结果表明,LPA溶液的临界缠结浓度随着黏均分子量的增加而下降;LPA、LPA/PHEA和LPA/PDMA溶液均表现出明显的剪切变稀行为,LPA/PHEA和LPA/PDMA溶液黏度要显著小于对应黏均分子量的LPA溶液的黏度;聚合物溶液黏度均随温度的升高而下降,并且LPA/PHEA、LPA/PDMA溶液对温度更加敏感。黏弹性结果显示:当聚合物的质量浓度为0.025 g/mL时,基于中、高黏均分子量LPA的聚合物溶液以弹性为主,聚合物网络结构较稳定;基于低黏均分子量LPA的聚合物溶液则以黏性为主,聚合物网络结构不稳定,易被外力破坏。

羟基氧化铁负载聚丙烯酰胺复合絮凝剂的制备及除锑性能研究

以丙烯酰胺(Acrylamide,AM)为基底,在引发聚合过程中接入羟基氧化铁(FeOOH),合成新型复合絮凝剂羟基氧化铁/聚丙烯酰胺(FeOOH@PAM)。采用BET(Brunauer-Emmett-Teller)、SEM(Scanning Electron Microscope)、XRD(X-ray diffraction)方法对絮凝剂的孔结构、表面性质、晶体结构进行表征,采用FT-IR(Fourier Transforms Infrared Spectroscopy)和XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)方法探究FeOOH@PAM去除Sb(Ⅴ)的机制。系统考察不同FeOOH掺杂质量分数、pH值、絮凝剂及污染物投加质量浓度、共存离子种类、反应时间对絮凝剂除Sb(Ⅴ)效果的影响以及絮凝过程中的粒径变化情况。结果显示:与羟基氧化铁相比,复合絮凝剂为多孔无定型结构且具有更大的比表面积。在最优条件下,絮凝剂对低质量浓度Sb(Ⅴ)(20μg/L)水源水的去除率在13 min时达98.03%,去除率受HPO_(4)^(3-)和腐殖酸质量浓度的影响较大。絮体主要在慢速搅拌时形成,锑酸盐离子通过静电吸附迅速迁移至絮凝剂表面,与表面位点络合形成絮凝微团聚结沉降而被去除。

聚丙烯酰胺水溶液的分子动力学模拟研究

为模拟实际选煤过程中产生的含聚污水,采用分子动力学的方法,选择COMPASS II力场,分别对含非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)的水溶液体系和含阴离子型聚丙烯酰胺(HPAM)的水溶液体系进行模拟。通过分析聚合物的平衡构象、均方位移曲线、径向分布函数、扩散轨迹及均方回转半径等,进一步探究聚丙酰胺(PAM)水溶液的微观结构与高分子溶液性质的关系。研究结果表明:NPAM在溶液中形成疏水内核球体而悬浮,而HPAM在溶液底部聚集;含HPAM的水溶液中水分子比含NPAM的水溶液中水分子扩散系数较大;HPAM表面与附近水分子作用数较多,形成强氢键;HPAM在溶液中水分子位移和活动范围都比NPAM中水分子大;在水溶液中NPAM比HPAM更好地舒展。

丙烯酰胺/丙烯酸钠/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠共聚物耐盐机理

分别采用常规实验评价和分子动力学模拟方法,研究了丙烯酰胺/丙烯酸钠/2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙磺酸钠共聚物(P(AM/AANa/AMPSNa))和部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)在不同类型阳离子存在下的溶液性质,并从原子分子水平探讨了P(AM/AANa/AMPSNa)的耐盐机理。实验结果表明,在相同浓度下,不同阳离子对P(AM/AANa/AMPSNa)黏度影响能力的大小顺序为:Ca2+>Mg2+>Na+。与HPAM分子相比,在P(AM/AANa/AMPSNa)分子链上一定量的磺酸基增强了分子链内带负电基团的静电排斥作用,且对阳离子吸引弱,有效增加了分子链流体力学体积;强极性的磺酸基使水化层更致密,溶液中阳离子在穿透水化层时需克服更大的能量势垒,导致阳离子对带负电基团的静电屏蔽作用较弱,使P(AM/AANa/AMPSNa)更耐盐。

2023年湖南省市售婴幼儿配方乳粉中丙烯酰胺污染状况及暴露风险初步评估

目的:调查2023年湖南省市售婴幼儿配方乳粉中丙烯酰胺污染状况,并对0~36月龄婴幼儿经乳粉摄入丙烯酰胺的暴露风险进行评估。方法:随机采集湖南省市售婴幼儿配方乳粉23份,采用稳定同位素稀释-超高效液相色谱-串联质谱法测定样品中丙烯酰胺含量,结合婴幼儿配方乳粉推荐消费量,估算0~36月龄婴幼儿丙烯酰胺暴露量。结果:23份样品中丙烯酰胺的检出率为60.9%(检出限为0.3μg·kg^(-1)),均值2.4±2.4μg·kg^(-1),各月龄婴幼儿每日经婴幼儿配方乳粉摄入的丙烯酰胺为0.021~0.025μg·kg^(-1)bw,其暴露限值均高于10000。结论:2023年湖南省市售婴幼儿配方乳粉中丙烯酰胺污染较轻,对婴幼儿健康影响有限。

耐高温聚丙烯酰胺基压裂液的合成与应用研究

压裂技术是提高油田油气采收率的重要手段。随着我国油田开发逐渐向深层油气藏转移,油藏地层温度升高、高矿化度等问题对油气采收率的影响愈发明显,我国各大油田对高性能压裂液的需求十分迫切。本文针对聚丙烯酰胺基压裂液的合成方法、耐高温改性方向及在油田中的应用进行论述,并对下一步的研究发展进行展望,以期为聚丙烯酰胺基压裂液的耐高温性能方向研究提供参考。

聚丙烯酰胺热分解与脱硝性能研究

选择三种不同类型聚丙烯酰胺作为高分子脱硝剂,通过热重分析、程序升温-质谱分析了三种不同类型的聚丙烯酰胺升温分解过程,同时考察其高温烟气脱硝性能。结果表明,三种不同的聚丙烯酰胺最终失重率大小为:阳离子型CPAM>非离子型NPAM>阴离子型APAM。通过程序升温-质谱检测显示,三种聚丙烯酰胺在升温分解过程中均首先发生端基酰胺基分解产生氨气,然后发生主链断裂。三种聚丙烯酰胺的热分解生成氨的表观活化能分别为CPAM 169.72 kJ/mol,APAM 246.58 kJ/mol和NPAM 210.18 kJ/mol。三种聚丙烯酰胺脱硝性能为NPAM>CPAM>APAM。脱硝活性与PAM分解产氨的速率和产氨量有关,产氨速率较慢、产氨量较高的NPAM脱硝活性较高,产氨量较低的APAM活性较差。优良的高分子脱硝剂需要较好的热稳定性以及更多分解氨的量。

聚丙烯酰胺树脂的反相悬浮聚合制备及吸水性能研究

以丙烯酰胺为单体、过硫酸铵为引发剂、单硬脂酸甘油酯为分散剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用反相悬浮聚合法制备了聚丙烯酰胺吸水树脂。考察了分散剂、交联剂、引发剂、单体浓度、油水比、反应温度、反应时间等因素对吸水倍率和产率的影响。结果表明,单硬脂酸甘油酯用量为3%、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为0.12%、过硫酸铵为0.5%、单体浓度为30%、油水比范围为4:1~6:1、反应温度在70~75℃、反应时间为4 h时,聚丙烯酰胺树脂的吸水倍率和产率较高。利用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪和凝胶渗透色谱仪对产物进行了测试表征。

聚丙烯酰胺涂覆改性生物炭的粉尘排放影响

针对生物炭在土壤改良中存在的粉尘排放问题,利用聚丙烯酰胺涂覆技术对生物炭表面改性,并开展粉尘排放试验对聚丙烯酰胺涂覆前后生物炭的粉尘排放效果进行研究。以南昌市新建区红壤为研究对象,通过盆栽试验进一步研究改性生物炭对土壤理化性质和植物生长的影响。结果表明:相比于直接施用生物炭,经聚丙烯酰胺涂覆处理后的改性生物炭可显著降低粉尘排放量。同时,生物炭和改性生物炭的施用均显著提高了土壤的pH值和有机碳、全氮、全磷、全钾的质量分数,并显著降低了土壤容重。此外,随着时间的推移,直接施用生物炭的土壤改良效果显著减弱,在30 d时各项指标降低了8.0%~22.9%,而改性生物炭对土壤理化性质的改良效果前后无显著性差异。

丙烯酰胺和N,N-二甲基丙烯酰胺反相乳液共聚动力学

以丙烯酰胺(AM)和N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)作为单体,失水山梨醇单油酸酯(SPAN-80)为乳化剂,3号白油为连续相,过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)为氧化还原引发体系,通过反相乳液聚合得到AM和DMAA的共聚物,采用核磁共振氢谱对产物进行表征。结果表明,随着投料中n(DMAA)∶n(AM)的增加,聚合速率逐步加快,共聚物中DMAA物质的量多于投料中DMAA的物质的量;聚合速率随时间的变化曲线不存在恒速期,成核机理倾向于单体液滴成核;聚合速率方程为r_(p)=kcM^(1.74)cI^(0.82)cE^(0.77)(其中cM、cI、cE分别为单体总浓度、引发剂浓度和乳化剂浓度),表观活化能为20.53 kJ/mol。

用于薄层油气藏的聚丙烯酰胺全悬浮压裂液

基于薄层油气资源开发中控制缝高和低排量的需求,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、2-丙烯酰胺基乙基溴化铵(DAMAB)、烷基酚聚氧乙烯醚(NP-10)等为原料,通过水溶液自由基胶束聚合法合成聚丙烯酰胺嵌段共聚物(PMASD)。采用荧光分光光度计、流变仪和扫描电子显微镜研究了PMASD的临界缔合浓度、黏弹性和微观结构;同时,研究了PMASD压裂液的静态、动态携砂性能,并与聚丙烯酰胺滑溜水进行对比;最后,将PMASD压裂液进行了现场应用。结果表明,PMASD压裂液存在胶束结构,临界缔合浓度为0.127%。PMASD压裂液体系表现出较好的黏弹性,线性黏弹区范围为0.01~1.00 Pa,疏水缔合后强度大,抗剪切能力强。在低排量(20 L/min)的注入过程中,PMASD压裂液形成的网络结构呈无规则分布,具有很高的结构强度,可以有效携带支撑剂。PMASD压裂液的静态和动态携砂性能均较好。在砂液体积比为12%的实验条件下,PMASD质量分数≥0.25%(黏度为147 m Pa·s)时,在常温及80℃下均表现出较好的悬浮及携砂能力。相较于聚丙烯酰胺滑溜水,PMASD压裂液的携砂效果同比提高160%。在江苏油田X5-X井现场应用中,以2 m3/min的排量泵入PMASD压裂液,日产液由1.4 t增至6.5 t,日产油由0.6 t增至4.2 t,增产效果明显。全悬浮压裂液PMASD体系能满足薄层油气资源在低施工排量下有效携砂的压裂改造需求。

淀粉接枝丙烯酰胺与聚丙烯酰胺对高岭土动态絮凝差异的研究

高岭土等黏土矿的存在是煤泥水沉降效果差的主要原因,目前尚未有关于难沉降煤泥水动态絮凝过程的研究。相较于聚丙烯酰胺(PAM)合成单体的毒性,淀粉接枝丙烯酰胺(SAM)合成的单体可降解性好。为此,以高岭土为研究对象,系统对比了SAM与PAM对高岭土动态絮凝过程的影响。首先,考察了不同SAM与PAM用量下的沉降速度和絮凝效果。随后,通过聚焦光束反射测量(FBRM)和颗粒录影显微镜(PVM)技术研究了高岭土悬浮液在SAM和PAM作用下的不同粒级颗粒数量变化。沉降实验和FBRM-PVM测试结果表明,PAM能够形成更多的+100μm大絮团,使得PAM具有更好的沉降效果;SAM形成的絮团更稳定,对细颗粒的絮凝效果更好。最后,通过FBRM获得的数据,基于Smoluchowski模型计算了PAM和SAM作用下高岭土的絮凝动力学参数,发现PAM作用下的絮凝指数明显高于SAM,同时-30μm和30~60μm颗粒数量的动态变化主导了絮凝动力学中絮团的形成过程。总体而言,PAM可以形成更多的、松散的大絮团,有利于高岭土的快速沉降,但对微细颗粒絮凝效果不佳。相较于PAM,SAM独特的多链立体网状结构,有利于微细颗粒絮凝和形成稳定的絮团,从而避免选煤厂洗水系统中细泥的循环积聚。

棉短绒纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的合成及絮凝性能研究

以棉短绒(MCC)为原料､丙烯酰胺(Acrylamide,AM)为单体､过硫酸铵(Ammonium persulfate,APS)为引发剂､N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(N,N′-Methylenebisacrylamide)为交联剂,采用水溶液聚合的方式共聚制备水凝胶绿色絮凝材料。考察了体系共聚时间､共聚温度､APS投加量和单体质量比对接枝率的影响。利用红外光谱(FT-IR)､X射线衍射(XRD)､热重分析(TG)､扫描电镜(SEM)和Zeta电位等对所制备的材料进行表征,并考察其对高岭土模拟废水的絮凝效果。结果表明,当AM与MCC质量比为5∶1､引发剂投加质量为0.06 g､反应温度为50℃､反应时间为3 h时,可制得较高接枝率的产品,且其对pH为3､7､11高岭土悬浊液(300 mg/L)的浊度去除率分别达到98.6%､97.6%和98.3%,表现出良好的絮凝性能。

剑麻纤维-聚丙烯酰胺改良客土干缩开裂试验研究

裸露岩质边坡的数量随着基础设施建设规模和数量的不断增大,客土喷播技术作为一种有效的边坡护坡绿化技术可以改善岩质边坡的表层稳定性,但多种因素造成表层土体失水开裂,影响客土喷播的修复效果。针对此问题,采用剑麻纤维和聚丙烯酰胺(PAM)对客土进行改良,开展了不同土层厚度、剑麻纤维和聚丙烯酰胺(PAM)含量条件下干缩开裂试验,研究了不同条件对土体干燥失水、表面裂隙发育的影响,采用微观扫描技术(SEM)对改良后客土的内在结构变化进行了测试。结果表明:随土层厚度增大,改良土蒸发稳定时间有所延长,且土层厚度增大能有效抑制试样表面裂隙的发育。剑麻纤维和PAM的掺入有效延长了黏土蒸发的路径,且随着纤维和PAM含量增加土体蒸发速率逐渐降低,抑制了土体表层裂隙发育。PAM的强吸水性能够降低土体的蒸发速率,纤维的“桥接作用”可以抑制裂隙的扩展,提高土体的整体性。

聚丙烯酰胺对高黏油-水环状流流动特性的影响

针对稠油水环输送的水环流动改进问题,提出稠油流动边界层在聚丙烯酰胺(PAM)水环作用下的模拟实验方法,基于自主研发设计的室内油-水两相流可视化环道实验装置,采用500#白油模拟旅大稠油,实验研究了稠油-水环状流外环水相中添加PAM前后的流型特征与阻力特性,评价了PAM对水环润滑的协同减阻效果,分析了PAM对水环流动稳定性的作用机理。实验结果表明:PAM对稠油-水环状流的流型特征与阻力特性均有显著影响,使环状流的分布区域缩小,其缩减区域转变为分层流和塞状流,当其为分层流时减阻作用丧失;当油相表观流速为0.23~0.90m/s时,PAM减阻率随含水率增加先迅速增大后缓慢减小,在测试范围内最高达35%。研究结果可为稠油水环输送工艺优化提供理论指导和技术支持,也可为稠油管输流动改进提供新理念与新方法。

木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的结构与性能

为消除传统人造板的甲醛释放对人体健康和环境造成的危害,将木薯淀粉(CS)降解后与丙烯酰胺(AM)接枝共聚,制备木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物(CS-AAGC)胶黏剂,并对其外观、黏度、固含量等基本性能进行测定。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振碳谱(13C NMR)及X射线光电子能谱(XPS)对其结构进行分析,采用差式扫描量热分析(DSC)及扫描电镜(SEM)分析其固化性能,探究木薯淀粉与丙烯酰胺(AM)的物质的量比对木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物胶黏剂胶合强度的影响。结果表明:合成的木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物胶黏剂外观为乳白色均一液体,随着丙烯酰胺添加量的增加,共聚物的黏度也随之增加;丙烯酰胺上的双键与淀粉中的羟基发生了反应;当n(淀粉基本单元)∶n(AM)=1∶5时,相应的木薯淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的胶合性能相对最好,以其制备的胶合板干状剪切强度为1.46 MPa、(23±2)℃冷水浸泡24 h后的剪切强度为0.87 MPa、(63±1)℃热水浸泡3 h后的剪切强度为0.84 MPa,符合GB/T 9846—2015《普通胶合板》对Ⅱ类胶合板的要求。

阳离子型聚N-羟甲基丙烯酰胺水凝胶的制备及其对废水中甲基橙的吸附性能研究

采用水溶液聚合法制备了阳离子型聚N-羟甲基丙烯酰胺水凝胶(CPNMA),并对其吸附废水中甲基橙(MO)的性能进行探究。利用SEM、FT-IR、TG及XPS对CPNMA进行表征。通过吸附动力学和吸附等温线模型拟合发现,在25℃下CPNMA对MO的吸附行为更符合拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型,吸附平衡时间为960 min,理论最大吸附量为371.6 mg/g。分析了吸附温度和溶液pH对吸附效果的影响,结果表明,在吸附温度为35℃及溶液pH=6时CPNMA可以呈现出最佳的吸附效果。综合分析,CPNMA的吸附机理包括氢键、静电作用、范德华力、n-π相互作用、表面吸附和孔隙填充。

丙烯酰胺类聚合物在储层岩石表面的吸附行为

研究聚合物在油气储层岩石表面的吸附滞留对于工作液配方优化、提升非常规油气藏经济效益具有重大意义。为分析储层岩石与丙烯酰胺类聚合物的吸附作用,采用淀粉-碘化镉法间接测定了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)、部分水解丙烯酰胺/二烯丙基二甲基氯化铵共聚物(HPAD)和丙烯酰胺类疏水缔合聚合物(HAP)在页岩、煤岩和砂岩表面的吸附量,量化了吸附时间、聚合物浓度、温度和矿化度对3种聚合物在岩石表面吸附行为的影响。结果表明,HPAM和HAP在岩石表面的吸附更符合准二级吸附动力学模型,而HPAD则更符合准一级吸附动力学模型。与HPAD和HAP相比,HPAM平衡吸附量更大。3种聚合物在储层岩石上的吸附过程都更符合Freundlich吸附模型。达到吸附平衡所需时间与聚合物、储层岩石种类密切相关。HPAM在3种岩石表面的吸附会达到饱和,而HPAD和HAP的吸附量随着时间推移而增加。温度升高,会导致解吸附加剧,从而导致吸附量下降;溶液矿化度升高,聚合物的溶解度降低,导致吸附量增加。聚合物在储层表面的持续吸附是其在工作液中消耗的主要原因。HPAD和HAP可能会由于其在储层岩石表面的持续吸附,导致有效浓度过低而使工作液失效。